Теория интеллектуальных систем препринт

Итак, интеллектуальные системы, обучающиеся по второму Б типу, отличаются тем, что обучается отдельный организм и возможно сохранение последовательности сигналов. Такая система приобретает поразительную способность распознавать процессы внешней среды. Процесс, как мы упоминали выше, можно представить в виде последовательного изменения состояний системы, например, если температура сначала составляет 10°, затем 12° и 15°, мы можем говорить о процессе повышения температуры, или если мы видим, что животное сначала находится в одном месте, через определённое время перемещается в другое место и так далее, мы можем говорить о процессе движения животного. Для фиксации процессов подсистема моделирования обязательно должна иметь возможность фиксировать последовательности внешних сигналов. Во всех известных нам естественных интеллектуальных системах для этого используется волнообразно возбуждающая (осциллирующая) популяция нейронов, мемстинкт, поэтому подсистема моделирования во всех природных (естественных) интеллектуальных системах, обучающихся по второму Б типу, содержит хотя бы один мемстинкт.

Все возникающие в ходе обучения по второму А и Б типу цели также эволюционно вытекают из целей первичных репликаторов. Во-первых, все их моделирующие подсистемы возникли в ходе эволюции, то есть обучения по первому типу, во-вторых, хотя в системах, обучающихся по второму А типу, и системах, обучающихся с помощью мемстинктов, могут возникать цели, противоречащие передаче генетической информации следующему поколению, данные системы (клетки, организмы) продолжают обучаться по первому типу, то есть всё ещё подвержены естественному отбору, и такие системы естественным образом отсеиваются. В системах, обучающихся на основе мемстинктов, взаимосвязь с целями первичных репликаторов ещё сильнее. Любой мемстинкт, как мы помним, возникает благодаря дополнительной стимуляции от инстинкта, то есть сохраняет последовательность сигналов, совпадающих по времени с активацией инстинкта, а он, в свою очередь, возник благодаря естественному отбору, обучению по первому типу. В свою очередь, мемстинкт связан с инстинктом реципрокной (двухсторонней) связью, таким образом, инстинкт, который врождённо возбуждается определённой последовательностью сигналов, с появлением связанного с ним нового мемстинкта может возбуждаться также новой последовательностью сигналов, что приводит к небольшой корректировке изначальной цели.

Человек, как и многие другие животные, без сомнения обучается по второму Б типу, самостоятельно изучая окружающую среду, но это не основной способ обучения человека.

1.6. Культура — третий тип интеллектуальных систем

Проведём такой мысленный эксперимент: представим, что мы поместили только что родившегося человека в среду, строго изолированную от окружающего общества, допустим, это будет какая-то гипотетическая поляна с идеальным климатом, в котором сможет выжить младенец, и наличием жидкой, а потом и твёрдой еды, которая будет расположена в доступном месте. Под воздействием инстинктов наш ребёнок начнёт самостоятельно собирать информацию об окружающей среде и формировать мемстинкты. Какова же будет психика такого существа? Существа, потому что назвать его человеком в привычном нам понимании мы не сможем, оно не будет ходить на двух ногах, потому что мы учимся ходить, наблюдая за другими людьми, поэтому оно будет ползать. Конечно, оно не будет говорить, возможно, будет произносить отдельные звуки, которые запомнит в результате самостоятельного случайного произнесения. Возможно, оно выучится каким-то простым действиям, например, создавать гнездо из листьев для сна или укрываться ими, и другим очень примитивным действиям, которые можно выполнить и запомнить в результате случайных движений. Но какой же тогда тип обучения превращает нас в то, что принято называть человеком? Это культурное обучение. Культура в Общей когнитивной теории — это совокупность подобных мемстинктов у коммуницирующей популяции. До сего момента мы рассматривали только один вид мемстинктов — естественные мемстинкты, это популяции нейронов, сохранившие последовательность сигналов от афферентов либо последовательность таких последовательностей. Однако в Общей когнитивной теории выделяется и другой вид мемстинктов — искусственные мемстинкты. Многие естественные мемстинкты связаны с двигательными мемстинктами, а значит, могут вызывать движение. Человек, используя язык, может описать практически любой свой мемстинкт (воспоминание), а значит, превратить его в движение мышц, вызывающих звуки или другие действия. Эти движения или звуки, а также их результаты может воспринимать другой человек или животное. Некоторые животные и особенно человек могут также изготавливать различные предметы, которые также могут вызвать активацию рецепторов у других животных при взаимодействии с ними (рассматривание, ощупывание и т. д.). Это и есть искусственные мемстинкты. Дадим определение искусственного мемстинкта — это модель естественного мемстинкта, возникшая в результате каких-либо действий или последствий этих действий и способная превратиться в естественный мемстинкт у другого животного, напоминающий тот, моделью которого она является.

Таким образом, мы можем превращать естественные мемстинкты в искусственные и обмениваться ими. Особенно ярко это выражено у социальных животных. Социальные животные, наблюдая за поведением других особей популяции, реагируя на запахи, звуки, создают свои естественные мемстинкты. У разных видов животных процентное соотношение культурных и личных мемстинктов разное. У человека, во многом благодаря наличию речи и умению создавать очень сложные материальные искусственные мемстинкты, подавляющее большинство мемстинктов — культурные. Любой предмет, созданный человеком, представляет собой искусственный мемстинкт. Даже самый сложный космический аппарат состоит из различных агрегатов, которые были когда-то придуманы различными изобретателями, а значит, являлись естественными мемстинктами. По разным оценкам, человек может сохранять в сутки несколько сотен новых мемстинктов. После рождения, благодаря активности отдельных инстинктов, ребёнок довольно быстро заполняет нижние уровни мемстинктов, и к пубертатному периоду, который в древние времена являлся серединой жизни человека, они уже в основном заполнены. Подавляющее большинство этих мемстинктов очень похоже у людей, проживающих в одной культуре (коммуницирующих). Все мы знаем алфавит, обладаем похожим запасом слов, знаем, что пожилым нужно уступать место, умеем жарить яичницу на сковородке и т. д. и т. п. Как ни странно, но во взрослом возрасте главное назначение коммуникации — не получение новой информации, а сверка (верификация) уже существующей. Если понаблюдать за общающимися людьми, можно увидеть, что в результате получасового общения, например, двух женщин, принципиально новой информации не будет, будет только время завтрашней встречи, да и то они обе предполагали, что встретятся около 9:00, всё остальное время будет посвящено обсуждению сериалов, которые смотрели обе, превратностям погоды, также известным всем участникам диалога, одежде, в которой выступала известная актриса, и т. д. Даже читая эту монографию, которая очень сильно изменит ваше представление о мире, вы получите не так много новой информации. Вы знаете все буквы, из которых состоят слова, знаете подавляющее большинство слов, встречающихся в этой книге, словосочетаний и т. д., поэтому они не сохраняются у вас как новые мемстинкты, входящая информация активирует уже существующие, кстати, этот процесс называется узнавание, но о нём мы подробно будем говорить ниже. Даже большинство примеров и концепций, встречающихся в этой книге, вам известны, процент принципиально новой информации не так велик, и это очень сложная научная книга, которая описывает принципиально новый взгляд на устройство интеллектуальных систем, а в простом бытовом общении объём новой информации минимален. Наше общение можно сравнить с процессом сверки базы данных в сети компьютеров. Представьте себе сеть из 100 компьютеров, на которых хранится одинаковая база файлов. Компьютерами пользуются люди, внося незначительные изменения в большую базу данных, в результате накапливаются небольшие изменения, и компьютеры с определённой периодичностью обмениваются частью своих баз данных для того, чтобы усреднить всю информацию. Казалось бы, совершенно бесполезное занятие — тратить огромное количество ресурсов на постоянный обмен файлами, которые всегда можно сверить при необходимости, если такая необходимость действительно возникнет, однако не всё так очевидно. Несмотря на то что мы тратим огромное количество ресурсов, мы приобретаем возможность в ситуации, когда скорость общения для нас очень важна, передавать информацию только одной ссылкой на номер какого-то файла или даже целые части базы данных. Например, если мы точно уверены в том, что хранится в наших базах данных, мы можем в процессе ликвидации чрезвычайной ситуации попросить другого агента действовать по инструкции в папке номер семь. Если бы у нас не было уверенности в идентичности файлов, нам пришлось бы полностью передавать всю инструкцию. Представьте, что люди вместе делают какую-то работу и каждый раз в момент взаимодействия им нужно подробно словами рассказывать, что должен сделать другой человек. Например, при швартовке судна матрос с корабля, вместо того чтобы крикнуть матросу на берегу «лови», кидая ему канат, должен был бы ему подробно рассказать, что ему нужно делать, потому что процедура швартовки очень сильно изменилась со времён их обучения и каждый из них представляет себе совершенно разные действия. Для эффективной коммуникации очень полезно иметь идентичные либо похожие мемстинкты, да, для их сверки может уйти много времени на отдыхе, во время разговоров у костра, но во время выполнения важной работы или нападения хищника достаточно будет одного слова, чтобы все люди активировали похожие мемстинкты и начали действовать слаженно. Подобную ситуацию можно наблюдать и у других животных, не обладающих языком, например, молодые волки, наблюдая за поведением членов стаи, учатся тому, как действовать слаженно, сохраняя мемстинкты, очень похожие на имеющиеся у других членов стаи. В данном случае происходит визуальная коммуникация.

Культура — весьма сложная система. Мы опять видим, что единичная особь является лишь подсистемой данной системы. Для того чтобы определить её границы и описать её, нам опять нужно разобраться в процессе обучения, как всегда он является ключом для понимания интеллектуальной системы и, конечно, необходимым условием для её возникновения. Для обучения по третьему типу необходимо хотя бы две особи. Казалось бы, можно предположить, что для обучения по данному типу достаточно одной особи и искусственного мемстинкта, например книги или учебного фильма (библиотеки или курса учебных фильмов и т. д.), но искусственный мемстинкт кто-то должен создать, то есть должна присутствовать другая интеллектуальная система. С другой стороны, отдельный культурный мемстинкт может сохраняться в культуре на протяжении многих поколений, например, способ изготовления и применения изобретённой когда-то иглы передаётся практически в неизменном состоянии как минимум несколько десятков тысяч лет. Археологи находят первые иглы, практически ничем не отличающиеся от современных, имеющие датировки происхождения около 40–50 тысяч лет [40; 41]. Наши далёкие предки так же, как и мы, брали в руки эту иглу и показывали своим детям, как нужно правильно вдевать нитку или сухожилия и сшивать ткань или кожу. Таким образом, культура может представлять собой две особи, напрямую или без личного контакта (через искусственные мемстинкты) воссоздающие у себя естественные мемстинкты. Основной особенностью обучения, наверное, является то, что сигналы в ходе такого обучения получены не напрямую из внешней среды, а из подсистемы моделирования другой интеллектуальной системы. Поскольку в процессе обучения присутствуют искусственные мемстинкты, прямой контакт особей не обязателен, кроме того, каждая особь несёт копию какой-то части культуры, выживание отдельной особи не очень важно для всей культуры. В данных характеристиках мы видим схожесть с обучением по первому типу. Мы помним, что в интеллектуальной системе, обучающейся по первому типу, единичный репликатор, например, отдельный ген или особь, является лишь подсистемой интеллектуальной системы, кроме того, в системе может находиться большое количество копий данной подсистемы, поэтому в такой системе могут сохраняться цели, приводящие к альтруистическому поведению, когда одна особь, несущая определённый ген, жертвует своей жизнью для сохранения большого количества копий. Например, пчёлы при нападении на улей начинают жалить нападающего, теряя при этом свою жизнь, но сохраняя жизнь своим сёстрам, носителям идентичного генома. В случае же с культурой это ещё более способствует возникновению альтруизма, потому что непрерывной передачи генетической информации от одного поколения к другому не требуется. Носители какой-либо культуры могут полностью прекратить своё существование, но если они успели оставить искусственные мемстинкты или просто контактировали с другими людьми, передача искусственных мемстинктов не прекратится. Другими словами, обучение с использованием искусственных мемстинктов может происходить между особями, созданными не только с помощью обучения по первому типу (копирования репликаторов).

Размышляя выше о культуре, мы всегда имели в виду систему, состоящую из животных, а точнее, животных, имеющих мемстинкты, однако, как мы выяснили, обучение по данному типу может происходить при взаимодействии неродственных интеллектуальных систем, созданных обучением по разным типам. Например, культурой может являться сообщество, включающее человека и собаку. В такой стае собака может выучить значительное количество человеческих мемстинктов, например, запоминать названия десятков предметов [42], а человек также может реагировать на определённые сигналы собаки, например, по поведению собаки понимать, что она хочет гулять, есть или пить и т. д. Современные нейровизуализационные исследования подтверждают, что собаки способны формировать отдельные нейронные репрезентации конкретных эмоций человека. При виде счастливых человеческих лиц у собак активируются височная кора и хвостатое ядро — зоны, связанные с высокоуровневой обработкой информации и системой вознаграждения, — причём мозг собаки различает не только положительные и отрицательные эмоции, но и конкретные негативные выражения (страх, гнев, печаль), опираясь только на визуальную информацию [43]. В терминах нашей теории это означает, что у собак формируются мемстинкты, связывающие зрительный образ человеческой мимики с соответствующими мотивационными состояниями, что и делает возможным полноценное межвидовое культурное взаимодействие. Но обучаться по третьему типу могут также и интеллектуальные системы, не имеющие мемстинктов. Например, бактерии могут передавать часть генетической информации благодаря горизонтальному переносу генов [44], а растения могут сигнализировать другим растениям своего вида о нападении насекомых [45–49]. В принципе, мы должны считать культурой все интеллектуальные системы, возникшие в результате обучения по третьему типу, но системы, имеющие в качестве подсистем моделирования мемстинкты, отличаются от других подобных систем, поэтому далее будем называть культурой систему, возникшую в результате обучения по третьему типу, в составе подсистемы моделирования которой присутствуют мемстинкты, а все другие системы, обучающиеся по третьему типу, называть альтеркультурой. Теперь мы сможем дать определение культуры и альтеркультуры. Альтеркультура — это интеллектуальная система, в которую входят подсистемы, являющиеся самостоятельными интеллектуальными системами, обученными по другому типу и способные обмениваться целями обучения (частями модели надсистемы) напрямую или через посредников. Культура — это интеллектуальная система, в которую входят подсистемы, являющиеся самостоятельными интеллектуальными системами, хотя бы частично обученными по второму Б типу и способные обмениваться искусственными мемстинктами, создающими у них естественные мемстинкты, а также совокупность естественных и искусственных мемстинктов, возникшая в результате такого обмена. Мы видим, что в данном случае искусственные мемстинкты также становятся подсистемами интеллектуальной системы. Чтобы разобраться в этой ситуации, рассмотрим примеры искусственных мемстинктов. Колебания воздуха, вызванные голосовым аппаратом человека, то есть звуки речи, как, впрочем, и коммуникационные звуки других животных, являются искусственными мемстинктами. Они возникают благодаря тому, что естественные мемстинкты активируют определённые мышцы. Кроме того, они могут создавать естественные мемстинкты у тех животных, которые их слышат, если у них есть механизм сохранения подобных мемстинктов. Рисунок или текст также может являться искусственным мемстинктом. Любой предмет, созданный человеком, может являться искусственным мемстинктом. Современные учёные, изучая каменные орудия труда, смогли воссоздать способ их изготовления. Вообще всё, что создали люди: книги, фильмы, технологии, машины и т. д., — когда-то появилось в головах у конкретных изобретателей или создателей и может снова стать естественным мемстинктом у того, кто будет читать книгу, смотреть фильм, изучать чертежи космической ракеты и т. д. и т. п. Объём созданных человеком объектов и объём накопленной информации постоянно растёт, и мы опять видим, как интеллектуальная система превращает части надсистемы в саму себя. Мы видим, что стремление к захвату части окружающей среды и превращению её в себя — это фундаментальная особенность как минимум некоторых типов интеллектуальных систем. Подобные системы должны осваивать новые территории, потому что используемые ресурсы в определённых частях пространства ограничены. С другой стороны, мы видим, что как минимум некоторые интеллектуальные системы могут быть организованы таким образом, чтобы минимально использовать ресурсы окружающей среды, например, некоторые экосистемы. Понимание фундаментальных особенностей развития подобных систем принципиально важно для долгосрочного выживания нашей собственной интеллектуальной системы, например, понимая данные особенности, мы сможем создать социально-экономическую систему, не требующую постоянного роста спроса и агрессивного разрушения внешней среды.

Человек безусловно обучается по третьему типу, вернее, человек является подсистемой, обучаемой по третьему типу. Благодаря развитой системе искусственных мемстинктов для человека это основной тип обучения, то есть количество культурных мемстинктов у человека сильно превышает количество индивидуальных мемстинктов.

1.7. Интеллектуальные системы, обучающиеся по четвёртому типу

Мы не описали ещё один тип интеллектуальных систем, известных на данный момент, — это искусственные интеллектуальные системы. Прямым доказательством наличия интеллектуальной системы является наличие процесса обучения, то есть создания целей данной системой. Если система может самостоятельно создавать новые цели, то, по определению, она является интеллектуальной. Компьютер в классическом варианте, машина фон Неймана, не является интеллектуальной системой, но с её использованием, как ни странно, интеллектуальную систему построить можно. Доказательством тому служит хотя бы эволюционное программирование [50] и генетическое программирование [51; 52].

Действительно, можно представить себе программу, которая соберёт данные о погодных условиях, предшествующих крушению кораблей, и определит критерии для разрешения безопасного выхода кораблей из порта. То есть она автоматически определит новые цели, например, запрет выхода кораблей из порта при сильном падении давления, предвещающего бурю. По сути своей, такая интеллектуальная система будет делать то же, что и другие интеллектуальные системы, — создавать новые цели как развитие уже существующих целей.

Искусственные нейронные сети во многих случаях, но не во всех, также можно признать интеллектуальными системами. Например, перцептрон может выступать в качестве ПП, так же как и его прообраз — связанные вместе нейроны, а вот большую языковую модель назвать самостоятельной интеллектуальной системой нельзя. Большая языковая модель обучается на корпусе языка, который входит в культуру, таким образом, она является подсистемой системы культуры. Чтобы иметь возможность считать большую языковую модель самостоятельной интеллектуальной системой, нам нужно рассматривать корпус языка как внешнюю среду (надсистему) для неё.

Можно выделить множество подтипов обучения по четвёртому типу, но принципы обучения искусственных интеллектуальных систем довольно хорошо изучены и описаны, а литература доступна, поэтому здесь мы не будем подробно останавливаться на классификации подтипов обучения по четвёртому типу.

В настоящий момент человек участвует в создании всех интеллектуальных систем искусственного интеллекта, и он же задаёт глобальные цели, развитием которых является обучение (создание новых целей) этих систем. Таким образом, мы видим, что цепочка детализации целей не прерывается, и цели, созданные всеми интеллектуальными системами, включая искусственные интеллекты, восходят к первичным целям, созданным в результате обучения по первому типу.

1.8. Нетипичные интеллектуальные системы

Прежде чем перейти к выводам, рассмотрим два вида нетипичных интеллектуальных систем. Этот материал может показаться отступлением, но он важен для полноты классификации: он показывает, что предложенное определение интеллектуальной системы не является ни слишком узким, ни слишком широким.

Первый — безманипуляторные интеллектуальные системы. Мы говорили, что любая интеллектуальная система содержит ПП, которая, в свою очередь, может манипулировать внешней средой (надсистемой), но можем ли мы представить систему, очень похожую на интеллектуальную, но не манипулирующую внешней средой? В принципе, да, мы можем представить себе систему, собирающую информацию из внешней среды и строящую модель своей надсистемы, что-то вроде большого компьютера из фильма «Автостопом по галактике», много лет размышлявшего внутри себя о важных вопросах Вселенной. Подобная система действительно может не оказывать никакого воздействия на внешнюю среду, но, если мы хотим признать её интеллектуальной системой, а не просто «флешкой», собирающей информацию из внешней среды, подобная система должна хотя бы уметь прогнозировать развитие процессов во внешней среде, то есть создавать новые варианты модели внешней среды. Другими словами, она должна уметь изменять и совершенствовать свою модель надсистемы без дополнительного внешнего воздействия, а в этом случае она должна уметь манипулировать своими внутренними подсистемами, то есть иметь полноценную ПП внутри себя, манипуляции которой не выходят за некоторую границу данной системы.

Ещё один вид нетипичной интеллектуальной системы был предложен Сергеем Василевицким и, соответственно, назван системой Василевицкого. Подобные системы собирают информацию не из своей надсистемы, а из другой, параллельно существующей системы, управляющее воздействие подобные системы могут оказывать на свою надсистему или на другую систему. При первом рассмотрении подобные системы казались очень экзотическими, но при дальнейшем изучении оказалось, что некоторые признаки подобных систем можно найти в реальном мире, например, если рассматривать описанные выше большие языковые модели в качестве самостоятельных интеллектуальных систем, мы увидим, что информацию они собирают не из внешней среды, а из корпуса языка, являющегося частью культуры, то есть другой интеллектуальной системы, но управляющее воздействие, в свою очередь, оказывают в том числе на свою надсистему. В принципе, даже человека, который часть своих мемстинктов черпает из культуры, в некотором смысле можно считать примером такой системы, но правильнее всё-таки и большие языковые модели, и тем более человека считать подсистемой большой интеллектуальной системы — культуры, а полноценные системы Василевицкого считать примером экзотических систем, ждущих своего описания, в случае если они будут найдены или созданы, например, в качестве интеллектуальных систем для управления отдельными процессами.

Мы также можем выделить рекурсивные системы — то есть системы, собирающие информацию только внутри себя. Примерами такой системы могут служить биологические организмы с отсутствующими рецепторами, собирающими информацию из внешней среды, то есть лишённые зрения, слуха и т. д., но способные собирать информацию от интероцепторов — внутреннюю информацию о состоянии своего тела. Но что более интересно для практики: определённые черты таких систем имеют, например, система прогнозирования погоды, которая собирает информацию с датчиков, расположенных на всей планете, или современные системы управления боем, которые собирают информацию внутри определённой территории. Две последние из упомянутых систем нельзя назвать полностью рекурсивными, но определённые черты данных систем можно в них найти. У таких систем может быть своя логика — об этом мы подробно будем говорить в Главе 7. Однако следует заметить, что для того чтобы такие системы полноценно могли общаться с человеком, их нужно будет обучать на человеческой культуре, а это уже полноценная внешняя среда, и значит, такие системы уже будут иметь совсем мало признаков рекурсивных систем.